KR101994116B1 - 해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치 - Google Patents

해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101994116B1
KR101994116B1 KR1020150113282A KR20150113282A KR101994116B1 KR 101994116 B1 KR101994116 B1 KR 101994116B1 KR 1020150113282 A KR1020150113282 A KR 1020150113282A KR 20150113282 A KR20150113282 A KR 20150113282A KR 101994116 B1 KR101994116 B1 KR 101994116B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
seawater
air flow
solar
flow portion
energy
Prior art date
Application number
KR1020150113282A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170019194A (ko
Inventor
박윤원
송섭리
최영재
김용진
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020150113282A priority Critical patent/KR101994116B1/ko
Publication of KR20170019194A publication Critical patent/KR20170019194A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101994116B1 publication Critical patent/KR101994116B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/02—Devices for producing mechanical power from solar energy using a single state working fluid
    • F03G6/04—Devices for producing mechanical power from solar energy using a single state working fluid gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/063—Tower concentrators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/50—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
    • Y02A20/141—Wind power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
    • Y02A20/142—Solar thermal; Photovoltaics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Abstract

해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열로 공기를 데워 발생시킨 바람과 굴뚝효과를 이용해 터빈을 돌려 전기를 생산하는 태양열 타워 시스템의 한 구성요소인 집열부에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 기존의 태양열 타워 시스템에 비해 에너지 이용효율을 크게 높일 수 있고, 야간이나 기상 악조건 속에서도 지속적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있을 뿐 아니라, 해수 증류 담수까지 가능하게 한다.

Description

해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치{SOLAR THERMAL COLLECTOR APPARATUS IN SOLAR UPDRAFT TOWER FOR DISTILLING SEAWATER AND GENERATING ELECTRICITY}
본 발명은 해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양열로 공기를 데워 발생시킨 바람과 굴뚝효과를 이용해 터빈을 돌려 전기를 생산하는 태양열 타워 시스템의 집열 장치에 관한 것이다. 태양열 타워 시스템은 태양열을 집열하여 데워진 공기로 바람을 발생시키는 집열 장치, 데워진 공기를 대기 높은 곳으로 배출하는 상향 타워부, 발생된 바람으로 터빈을 돌려 전력을 생산하는 전력생산부로 이루어진다. 기존 태양열 타워 시스템의 집열부와 달리, 본 발명의 태양열 타워 집열 장치는, 해수 증류를 통해 담수를 생산할 수 있으며, 해수조에 저장된 열에너지를 이용해 야간이나 기상조건이 좋지 않은 상황에서도 지속적인 전력생산을 가능하도록 한다.
20세기 급격한 산업화와 인구증가로 인해 필수자원인 물과 에너지의 부족 및 불균형현상이 심화되고 있다. 자원의 남용과 오염물질 배출로 인해 지구 온난화와 기후 변화 문제 또한 심각하다. 에너지와 물, 그리고 기후변화와 같은 환경문제는 현재 그 해결책 마련이 시급하다. 하지만 뚜렷한 대안은 아직까지 제시되지 못하고 있다.
현재 1차 에너지원은 크게 화석에너지, 원자력 에너지, 그리고 재생 에너지 3가지로 분류 할 수 있다. 현재 대부분의 에너지 수요와 그 증가분은 화석에너지로 충당하고 있다. 화석에너지를 연소할 때 방출되는 CO2의 양이 매년 증가하여 지구온난화가 가속화되고 기후변화가 심각해지고 있다. 또한 화석 연료의 부존량에 불확실성이 있다. 원자력 에너지는 전력 단가가 낮고 에너지 밀도가 높아 경제적인 에너지원 이다. 하지만 고도화된 기술 집약체인 원자력 발전은 개발도상국, 중진국들이 도입하기에 만만치 않은 기술 장벽이 존재하고 초기 비용 부담이 크다. 또한 사용후 핵연료등 핵연료주기 문제가 완전히 해결되지 않았고, 테러나 무기 등 비평화적 용도로 오용될 수 있어 사회적으로 수용되는데 많은 시간과 비용이 든다. 재생 에너지는 자연적으로 존재하는 바람, 물, 태양등을 활용하는 에너지원으로 지속 가능성에 대해 가장 좋은 평가를 받고 있지만 아직 기술이 성숙되지 않았을 뿐 아니라, 에너지 밀도가 낮아 여타 에너지원에 비해 에너지 발전 단가가 매우 높다. 뿐만 아니라 지리, 환경적 요인이 크게 작용하는 에너지원으로 특정 조건을 만족하는 지역에서만 활용할 수 있다는 큰 단점이 있다.
물 문제 또한 심각하다. 지리환경적 영향에 따라 세계 인구의 약 40%가 인접국의 물에 의존하는 등 물 부존양의 편차가 크다. 인구가 증가하고 생활 양식이 위생적으로 바뀜에 따라 세계 물 소비량은 증가하였으나, 개발 중심의 산업화로 인한 생태계 파괴와 기후 변화로 인류가 사용할 수 있는 수자원은 양적, 질적으로 악화되고 있다.
위와 같은 에너지와 물 문제를 해결하기 위한 대안은 아직 명확히 제시되지 못하고 있다. 관련된 연구가 진행되고 있으나 실용적 측면에서는 효율과 비용의 문제로 지체되고 있는 상황이다.
현재 에너지 문제의 핵심은 늘어나는 에너지 수요를 충당하되 환경에 미치는 영향은 최소화할 수 있는 지속가능한 새로운 에너지원 혹은 기술이 필요하다는 점이다. 태양열 타워 시스템은 태양 에너지를 활용하는 발전 방식의 하나로 기존의 태양열, 태양광 발전방식의 문제점이 존재하지 않고 장기적인 관점에서 보다 지속가능한 발전방식으로 평가받고 있다. 기존의 대규모 태양광, 태양열 발전의 경우 공통적으로 기술집약적 구성요소가 다수 필요하다. 태양광발전의 경우 수만에서 수십만의 태양전지, 태양열 발전의 경우 역시 다수의 태양광 반사 거울이 필요하다. 여기에 효율을 높이고 생산량을 최대화하기 위해 일사각을 추적하는 유도시스템, 태양전지와 거울을 유도 시스템에 맞추어 움직이는 제어시스템이 태양전지와 거울의 수만큼 필요하다. 이처럼 수많은 구성요소가 존재함으로서 시스템 자체의 복잡성은 높이고, 나아가 요소들을 점검, 유지 및 보수하는 데 많은 비용과 인력이 필요해 태양에너지의 경제성에 많은 영향을 미친다. 태양광 발전의 경우 태양전지를 생산하는데 많은 비용과 에너지가 필요해 이러한 점을 고려할 경우 경제성과 효율성이 현저하게 저하된다. 또한 태양전지의 온도가 일정이상 높아질 경우 전기 생산의 효율이 급격히 감소한다. 태양열 발전의 경우 대규모 전기 발전을 위해서는 용융염등을 이용한 2차 열교환 루프가 부가적으로 필요하다. 이러한 경우 태양광을 집광하는 과정에서 화재 위험이 있고 염의 유출등 잠재적인 안전문제가 있다.
에너지 문제와 더불어 물 문제 또한 해결이 시급하다. 지구 온난화로 인해 건조 지방에서는 사막화가 가속화 되고 있다. 특히 적도부근의 아프리카, 중동 국가들의 물 부족 현상은 심각하다. 그 중에서도 연안지방에 위치한 국가들의 경우 담수 생산을 위해 해수를 활용할 수 있음에도 불구하고 해수담수화를 위한 별도의 플랜트를 건설해야 한다는 부담이 있다. 이러한 국가들의 경우 대개 개도국 혹은 중진국으로 에너지, 물 문제등이 복합적으로 존재하지만 어느 것 하나 해결하지 쉽지 않은 실정이다. 에너지와 물 문제를 지속가능한 방식으로 동시에 해결할 수 있는 방법을 찾는 것이 주요 해결 과제이다.
KR 10-2011-0071977 A
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 기존의 태양열 타워 시스템에 비해 에너지 이용효율을 크게 높일 수 있고, 야간이나 기상 악조건 속에서도 지속적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있을 뿐 아니라, 해수 증류 담수까지 가능하게 하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양열 타워 집열 장치는, 해수를 해수조 내부로 유입하는 해수유입부; 해수를 유입받아 저장하고, 태양에너지를 이용하여 상기 저장된 해수의 증발을 유도하며, 증발된 해수가 외부로 유출되지 않도록 밀폐된 구조를 가지는 해수조; 상기 해수조 내부에 설치되며, 상기 해수조의 해수가 증발하여 발생한 수증기를 응축시키는 응축부; 상기 응축부에서 수증기 응축에 의해 발생한 담수를 회수하기 위한 담수 회수부; 및 상기 해수조의 아래에 위치하며, 태양광에 의한 열을 내부의 공기에 가하여 공기를 유동시키기 위한 공기 유동부를 포함하고, 상기 해수조는, 태양광이 통과할 수 있는 투명한 재질로 구성되며, 상기 공기 유동부의 지붕면은 태양광이 투과할 수 있는 투명한 재질로 구성되고, 태양 에너지로 데워진 해수조의 해수의 열에너지가 공기 유동부로 효과적으로 전달될 수 있도록, 상기 공기 유동부의 지붕면과 상기 해수조의 바닥면은 서로 일체형으로 결합되고, 이와 같은 구조에 의해, 공기 유동부로 전달할 에너지를 저장하기 위한 별도의 저장장치가 없이도, 주간에 태양열을 받아 데워진 해수로부터 야간에 해수조 하단의 공기 유동부로 꾸준히 열을 전달하게 되어, 지속적으로 데워진 공기의 유동에 의해 전력 생산을 가능하게 된다.
삭제
삭제
상기 담수 회수부의 상부 형상은, 응축되어 떨어지는 담수를 손실없이 회수하도록 깔때기 형상인 것이 바람직하다.
상기 응축부는, 증발된 해수가 응축되어 맺히는 응축기; 및 상기 응축기에서 응축된 담수를 상기 담수 회수부로 떨어뜨릴 수 있도록, 상기 응축기 중앙부에 설치된 무게추를 포함할 수 있다.
상기 해수조는, 상기 공기 유동부와 결합되는 바닥면이, 공기 유동부로의 열 전달을 최대화하기 위한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 해수조는, 상기 공기 유동부와 결합되는 바닥면 이외의 면은, 흡수한 태양에너지에 의한 열의 유출을 최소화하기 위한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
삭제
삭제
본 발명에 의하면, 기존의 태양열 타워 시스템에 비해 에너지 이용효율을 크게 높일 수 있고, 야간이나 기상 악조건 속에서도 지속적이고 안정적으로 전력을 생산할 수 있을 뿐 아니라, 해수 증류 담수까지 가능하게 하는 효과가 있다. 이에 따라, 기존 태양열 타워의 전력생산 단속성을 해결할 뿐 아니라, 특히 태양에너지가 풍부한 적도 근방 아프리카 혹은 중동 개도국과 중진국들의 에너지와 물 문제를 해결하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열 타워 집열 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 타워 집열 장치 중, 해수 증류부의 구조를 도시한 도면.
도 3은 해수 증류부를 구성하는 각 해수조 내부의 세부 구성을 나타내는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열 타워 집열 장치(500)의 구성을 도시한 도면이다. 이하에서는 도 1을 참조하여, 태양열 타워 집열 장치(500)의 전체적인 작동 과정을 간략히 설명하기로 한다.
본 발명의 태양열 타워 집열 장치(500)는 태양열을 집열하기 위한 공기 유동부(200) 상단에 해수를 증발시켜 수증기를 발생시키기 위한 해수 증류부(100)를 설치한다. 해수 증류부(100)의 밀폐된 해수조(110, 도 2,3 참조) 내부에서 해수(50, 도 2,3 참조)의 증발이 이루어지며 증발된 수증기를 응축, 회수하여 증류된 담수를 생산하게 된다. 일사량이 충분한 주간에는 태양광(20)이 투명한 해수조(110) 및, 공기 유동부(200)의 상부면을 이루는 투명한 지붕면(201)을 투과하여, 공기 유동부(200) 내부의 공기(30)에 열을 가함에 의해 발생한 공기의 유동, 즉 바람으로 터빈(320)을 구동시켜 전력을 생산하게 된다. 즉, 투명한 해수 증류부(100)를 투과한 태양광에 의해 공기가 데워짐으로써 상향 타워부(300)를 향해 바람이 불게 되며, 이에 따라 태양열 타워 시스템의 전력 생산 작용도 활발히 일어나게 된다. 상향 타워부(300)는, 데워진 공기(40)를 대기 높은 곳으로 배출한다.
또한 기존의 태양열 타워의 경우에는, 야간이나 날씨가 변해 일사량이 충분하지 못할 경우 전력의 발전이 불가능했다. 그러나 본 발명의 태양열 타워 집열 장치(500)의 경우는, 공기 유동부(200) 상단에 설치된, 밀폐되어 있는 해수 증류부(100)의 바닥면에 일정 용량의 해수(50)가 존재하고, 주간에 태양열을 받아 데워진 해수(50)가 야간에 천천히 식으며 해수조(110) 하단으로, 즉 공기 유동부(200) 지붕면(201)을 통해 공기 유동부(200) 내부로 꾸준히 열을 방출하게 되어, 이에 의해 공기 유동부(200) 내부의 공기를 지속적으로 데울 수 있게 됨으로써 야간이나 변화하는 기상조건에서도 공기 유동에 의한 전력 생산을 가능하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 타워 집열 장치(500) 중, 해수 증류부(100)의 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 해수 증류부(100)를 구성하는 각 해수조(110) 내부의 세부 구성을 나타내는 도면이다. 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 태양열 타워 집열 장치(500)의 구성 및 작동을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 태양열 타워 집열 장치(500)는 공기 유동부(200) 지붕면(201) 위에 해수 증류부(100)를 설치함으로써 집열 시스템을 구성한다. 공기 유동부(200)의 지붕면(201)은 투명한 소재로 만들어져 태양광을 투과하여 공기 유동부(200) 내부의 공기(30)를 가열하고, 가열된 공기(30)의 유동을 발생시켜 터빈(320)을 가동함으로써 전력을 생산하게 된다.
공기 유동부(200)의 지붕면(201)은 유리, 플라스틱 혹은 이에 상응하는 태양광을 투과할 수 있는 소재로 만든 판넬을 단위 요소로 하여 구성될 수 있다. 이러한 판넬로써, 지상에서 1m~3m의 높이에 위치하도록 넓은 평지를 덮는 지붕을 만들되 일 실시예로서 2m의 높이가 되도록 만들 수 있다. 다만 후술할 해수 증류부(100)에서 일어나는 해수 증류 기능과 전력 발전 기능 사이의 효율 관계를 고려하여 적절한 높이로 결정될 수 있다. 공기 유동부(200)의 지붕면(201)은, 1m*1m*1cm(가로*세로*두께)크기의 단위 판넬을 기준으로 그 크기를 다양하게 변화시킬 수 있다. 판넬의 재료와 크기 역시 해수 증류부(100)에 저장되는 해수(50)의 양과 판넬의 건전성 관계, 공기 유동부(200)로 투과되는 일사량과 그로 인한 담수 생산과 전력 생산의 효율 관계를 고려하여 최적의 크기와 두께를 결정하도록 한다.
공기 유동부(200)의 지붕면(201) 바로 위에는 해수 증류부(100)가 결합된다. 해수 증류부(100)는 투명한 소재로 이루어진 밀폐된 박스 형태의 시스템으로서, 내부에서 해수(50)의 증발이 일어나고, 증발된 수증기의 응축을 유도하며, 응축된 담수를 회수하여 담수 생산 기능을 수행한다. 해수 증류부(100)는, 해수조(110) 내부로 해수(50)를 공급하는 해수유입부(미도시), 해수(50)를 바닥면(111)에 넓게 도포하여 저장하면서 태양에너지로 인한 해수(50)의 증발을 유도하는 밀폐된 구조의 해수조(110), 해수(50)가 증발됨으로써 발생한 수증기를 응축시키는 응축부(120), 응축된 수증기가 흘러내려 담수로서 회수되도록 하는 담수 회수부(130)를 구비한다.
해수조(110) 역시 태양광 투과를 위해 플라스틱, 유리 등의 투명한 소재로 구성되며, 태양으로 인해 모인 에너지의 손실을 최소화하기 위해 단열 성능이 좋은 재료를 사용하도록 한다. 예를 들어 단열도가 기 설정된 기준값(이하 '단열 기준값'이라 한다) 이상인 재질의 재료를 사용할 수 있다. 그러나 공기 유동부(200)의 지붕면(201)과 결합되면서 해수(50)가 직접 닿게 되는 해수조 바닥면(111)은 열 전도성이 좋은 재료를 사용하도록 한다. 예를 들어 열 전도도가 기준값(이하 '열전달 기준값'이라 한다) 이상인 재질의 재료로 구성될 수 있다. 그 이유는, 태양 에너지로 데워진 해수조(110)의 해수(50)의 열에너지를, 다른 곳으로의 손실은 최소화하면서 공기 유동부(200)로의 열전달 성능은 좋게 함으로써 공기 유동부(200)의 공기(30)를 데우는 데 최대한 많은 에너지가 전달되어 사용될 수 있도록 하기 위한 것이다.
해수조(110)의 바닥면(111)은 하단의 공기 유동부(200)의 지붕면(201) 단위 판넬과 일체형이므로 가로*세로 크기는 공기 유동부(200)의 지붕면(201)의 단위 판넬 크기에 의해 결정된다. 해수 증류부(100)의 높이는, 30cm~1m 범위에서 담수생산량과 전력생산량 사이의 관계와 효율을 고려하여 적절히 결정하도록 한다.
해수 증류부(100)의 측면을 통하여 외부에서 해수가 해수조(110) 내부로 유입되며, 이 유입된 해수(50)는 해수조(110) 하단에 넓게 도포된다. 이때 유입되는 해수의 양은 도포되는 면적(해수 증류부(100) 바닥면(111) 면적)과 형성되는 해수의 깊이를 종합적으로 고려하여 담수 생산량과 전력 생산량의 상관관계를 기준으로 결정하도록 한다. 해수(50)가 공급되어 형성된 해수조(110)는 주간에 충분한 일사량을 받으면 증발이 일어나게 된다.
도 3의 위 도면은 해수조(110)를 위에서 바라본 평면도이고, 아래 도면은 해수조(110)를 정면에서 바라본 정면도이다.
해수 증류부(100) 내부의 상단에는 상기 해수조(110) 내부의 해수(50)가 증발하여 발생한 수증기를 응축시키는 응축부(120)가 존재한다. 상단에서 입사하는 태양광을 막지 않으면서 수증기가 원활히 응축될 수 있도록 금속 혹은 세라믹 재질의 선형 응축기(120)를 사용할 수 있다. 선형 응축기(120)는 금속 혹은 세라믹 재질의 얇은, 직경 수 mm이하의 끈을 이용할 수 있으며, 일 실시예로서 해수 증류부(100) 상단의 귀퉁이 또는 모서리에서 각기 마주보는 귀퉁이 또는 모서리를 향해 끈(120)을 연결하되 그 중심에서 담수 회수부(130)를 향해 응축되어 흘러내린 담수를 떨어뜨릴 수 있도록 선형 응축기(120) 중앙부에 무게추(121) 등을 매달 수 있다. 선형 응축기(120)의 개수는 담수 생산량과 전력 생산량 사이의 관계와 효율을 고려하여 적절히 결정하며, 다수의 응축기가 하나의 시스템으로 응축부를 형성한다.
응축부(120)에서 응축되어 흘러내린 담수를 회수하기 위한 담수 회수부(130)가 해수 증류부(100)의 각 해수조(110) 내부의 중심 부근에 존재한다. 담수 회수부(130)는 응축부(120) 중심의 무게추(121) 아래에 위치하며 응축부(120)로부터 흘러내린 응축된 담수를 손실 없이 원활히 회수할 수 있도록 상부가 깔때기 형상(131)을 하도록 할 수 있다. 깔때기(131)의 수평면에 대한 사영 단면적은 전체 해수 증류부(100) 수평면적의 10%이하 수준으로 하는 것이 바람직하나, 필요에 따라 변경될 수 있다. 깔때기 형상(131) 아래 담수 회수부(130)에서 담수를 회수한 후, 회수한 담수를 외부로 담수를 배출하는 파이프(미도시)가 담수 회수부(130)에 연결되어, 응축되어 떨어진 담수를 외부로 배출하도록 할 수 있다. 깔때기(131)의 깊이와 배출 파이프의 규격, 길이 역시 담수와 전력 생산량의 관계에 의해 조정될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 지면
20: 태양광
30: 공기 유동부 내에서 이동하는 공기
40: 상향 타워부 내에서 이동하는 공기
50: 해수조 내부의 해수
100: 해수 증류부
110: 해수조
111: 해수조 바닥면
120: 응축기
121: 응축기 무게추
130: 담수 회수부
131: 담수 회수부 깔때기
200: 공기 유동부
201: 공기 유동부 지붕면
300: 상향 타워부
320: 터빈
500: 태양열 타워 집열 장치

Claims (7)

  1. 태양열 타워 집열 장치로서,
    해수를 해수조 내부로 유입하는 해수유입부;
    해수를 유입받아 저장하고, 태양에너지를 이용하여 상기 저장된 해수의 증발을 유도하며, 증발된 해수가 외부로 유출되지 않도록 밀폐된 구조를 가지는 해수조;
    상기 해수조 내부에 설치되며, 상기 해수조의 해수가 증발하여 발생한 수증기를 응축시키는 응축부;
    상기 응축부에서 수증기 응축에 의해 발생한 담수를 회수하기 위한 담수 회수부; 및
    상기 해수조의 아래에 위치하며, 태양광에 의한 열을 내부의 공기에 가하여 공기를 유동시키기 위한 공기 유동부
    를 포함하고,
    상기 해수조는,
    태양광이 통과할 수 있는 투명한 재질로 구성되며,
    상기 공기 유동부의 지붕면은 태양광이 투과할 수 있는 투명한 재질로 구성되고,
    태양 에너지로 데워진 해수조의 해수의 열에너지가 공기 유동부로 효과적으로 전달될 수 있도록, 상기 공기 유동부의 지붕면과 상기 해수조의 바닥면은 서로 일체형으로 결합되고,
    이와 같은 구조에 의해, 공기 유동부로 전달할 에너지를 저장하기 위한 별도의 저장장치가 없이도, 주간에 태양열을 받아 데워진 해수로부터 야간에 해수조 하단의 공기 유동부로 꾸준히 열을 전달하게 되어, 지속적으로 데워진 공기의 유동에 의해 전력 생산을 가능하게 하는 것
    을 특징으로 하는 태양열 타워 집열 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 담수 회수부의 상부 형상은,
    응축되어 떨어지는 담수를 손실없이 회수하도록 깔때기 형상인 것
    을 특징으로 하는 태양열 타워 집열 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축부는,
    증발된 해수가 응축되어 맺히는 응축기; 및
    상기 응축기에서 응축된 담수를 상기 담수 회수부로 떨어뜨릴 수 있도록, 상기 응축기 중앙부에 설치된 무게추
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 타워 집열 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 해수조는,
    상기 공기 유동부와 결합되는 바닥면이, 공기 유동부로의 열 전달을 최대화하기 위한 재질로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 태양열 타워 집열 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 해수조는,
    상기 공기 유동부와 결합되는 바닥면 이외의 면은, 흡수한 태양에너지에 의한 열의 유출을 최소화하기 위한 재질로 구성되는 것
    을 특징으로 하는 태양열 타워 집열 장치.
KR1020150113282A 2015-08-11 2015-08-11 해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치 KR101994116B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150113282A KR101994116B1 (ko) 2015-08-11 2015-08-11 해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150113282A KR101994116B1 (ko) 2015-08-11 2015-08-11 해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170019194A KR20170019194A (ko) 2017-02-21
KR101994116B1 true KR101994116B1 (ko) 2019-06-28

Family

ID=58313782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150113282A KR101994116B1 (ko) 2015-08-11 2015-08-11 해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101994116B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101808159B1 (ko) * 2017-03-24 2017-12-12 비즈 주식회사 비상 안전 제어 시스템 및 비상 안전 제어 장치와 이를 이용한 비상 안전 제어 방법
KR102037714B1 (ko) * 2017-05-31 2019-11-26 비즈 주식회사 담수화 장치 및 이를 포함하는 태양열 타워 시스템
CN108275701A (zh) * 2018-03-14 2018-07-13 天津大学 一种太阳能光伏发电与制盐综合系统
CN108298566B (zh) * 2018-03-14 2023-12-26 天津大学 一种太阳能光伏烟囱制盐系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101133046B1 (ko) * 2009-06-29 2012-04-04 (주)램피스 태양열을 이용한 해수 담수화 장치
KR101220246B1 (ko) 2009-12-22 2013-01-22 (주) 코네스코퍼레이션 태양열 병합 담수화 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Solar chimneys integrated with sea water desalination", Lu Zuo, Yuan Zheng, Zhenjie Li, Yujun Sha, 2011, vol. 276, pp. 207-213 1부.*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170019194A (ko) 2017-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8378621B2 (en) Integrated systems for harnessing solar and wind energy
CN103739029B (zh) 一种太阳能聚光式蒸馏海水淡化装置
KR101994116B1 (ko) 해수 담수화 및 전력생산을 위한 열 저장조 기능을 수행하는 태양열 타워 집열 장치
CN104896769B (zh) 一种塔式太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方法
CN101921006B (zh) 一种太阳能聚光发电和海水淡化集成方法及系统
Lovegrove et al. Solar thermal energy systems in Australia
CN104944488B (zh) 一种追日太阳能烟囱盐、水、电联产系统及其运行方法
CN101358578A (zh) 一种利用太阳能进行烟囱发电及海水淡化的装置
US10337504B1 (en) Solar chimney for power production using fresnel lens
KR20140002526A (ko) 집광형 태양열 발전시스템
CN104402078B (zh) 一种双烟囱型跟踪式太阳能海水淡化系统及其淡化方法
CN102320627B (zh) 利用太阳能风能晒盐和发电的方法
CN108431519A (zh) 太阳能风能发电装置及系统
Mate et al. Performance investigation of solar still for batteries of railway engine, Indian Railways, at Ajni Loco Shed, Nagpur
CN205596038U (zh) 定焦点菲涅尔太阳能聚光相变储能温差发电及热水装置
CN102464344A (zh) 利用太阳能风能晒盐和发电的装置
WO2011098642A1 (es) Sistema integral de aprovechamiento energético
CN202080900U (zh) 一种利用太阳能风能晒盐和发电的装置
AU2021104100A4 (en) Solar Intercrossed Technology SIC: Capturing Solar (Light + Thermal) Energy
US20090126718A1 (en) Method and device for utilizing solar energy
Asif et al. Solar thermal technologies
KR20110048782A (ko) 풍력발전기를 구비한 태양열 발전장치
Martínez-Cienfuegos et al. Solar solutions
US8613194B2 (en) Tri-energy power generating device
JP2013253762A (ja) 太陽光エネルギーを利用した集光型発電設備におけるヘリオスタットの配置方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2017101003325; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20170710

Effective date: 20190227

S901 Examination by remand of revocation
GRNO Decision to grant (after opposition)
GRNT Written decision to grant